航天尿收集裝置現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

賀雙喜，席林斌

（中國航天員科研訓(xùn)練中心人因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094）

0 引言

航天員在載人飛船或空間站等載人航天器內(nèi)需要小便時(shí)，可以在飛船或空間站內(nèi)的“太空馬桶”（大小便收集裝置）解決。但在飛船發(fā)射、返回、交會(huì)對(duì)接階段，航天員需要穿著艙內(nèi)航天服，在進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)需要穿著艙外航天服，并且數(shù)小時(shí)內(nèi)不允許脫掉服裝，因此，為了解決航天員穿著航天服小便的問題，需要為航天員研制尿收集裝置（urine collection device，UCD）[1-2]。近些年，各國載人航天事業(yè)蓬勃發(fā)展，我國空間站也即將建成。隨著人類探索宇宙的步伐越來越遠(yuǎn)，人類駐留太空的時(shí)間也越來越長，航天尿收集裝置作為航天員必不可少的個(gè)人裝備，在航天活動(dòng)中必將發(fā)揮越來越重要的作用。本文對(duì)航天尿收集裝置的發(fā)展過程進(jìn)行綜述，對(duì)航天尿收集裝置的研制有很好的借鑒和指導(dǎo)作用。

1 國外航天尿收集裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，航天員使用的航天尿收集裝置起源于紙尿褲。早在1942 年，瑞典人鮑里斯特爾姆發(fā)明了簡(jiǎn)陋的紙尿褲[3]。這是一種兩件式的紙尿布，外層是塑料褲，內(nèi)層是皺紋紙做成的吸收層。由于這種一次性的紙尿布很容易破，碎屑會(huì)沾滿孩子的屁股，因此很長時(shí)間內(nèi)并沒有被廣泛利用。1960 年，美國寶潔公司提出“翼式”紙尿褲設(shè)計(jì)方案，這種“翼式”紙尿褲使用無紡布和絨毛漿作為液體滲透層和吸收層，并用安全別針固定，這是紙尿褲真正意義上的雛形[4]。1961 年，美國《時(shí)代》周刊評(píng)選的20 世紀(jì)最偉大的100 項(xiàng)發(fā)明中就有紙尿褲[4]，但那時(shí)的紙尿褲吸收量較小，結(jié)構(gòu)還不成熟，也沒有高效吸收材料，無法應(yīng)用于航天領(lǐng)域。因此，在載人航天飛行初期，由于沒有航天員使用的尿收集裝置，還發(fā)生了2 次小意外：1961 年4 月12 日，人類第一位太空英雄——蘇聯(lián)宇航員加加林在前往飛船的路上突感尿急，只好順著航天服的管子向外排尿；同年，在遲遲不能發(fā)射的飛船里，美國航天員謝·潑德也遭遇了尿急，指揮官命令他在航天服里排尿[5]。

1961 年7 月，為了解決航天員小便收集的問題，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）科學(xué)家為航天員設(shè)計(jì)了雙層橡膠褲+嵌入式儲(chǔ)液器的服裝，美國航天員維吉爾·格里森穿著這種服裝執(zhí)行了水星-紅石4 號(hào)任務(wù)[6]。

在美國阿波羅計(jì)劃實(shí)施期間，NASA 專門為收集航天員的大小便研制了廢物管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由尿液子系統(tǒng)和糞便子系統(tǒng)組成，其中尿液子系統(tǒng)的主要組成部分包括尿液貯器組件（urine receptacle assembly，URA）、尿液傳輸系統(tǒng)（urine transfer system，UTS）、尿液收集與轉(zhuǎn)移組件（urine collection and transfer assembly，UCTA）[7]。URA（如圖1 所示）是一個(gè)可以手持的開放式圓柱形容器，通過快速斷接頭連接到排尿管路，而該管路又通過快速斷接頭連接到廢物管理控制臺(tái)。URA 的最大尿流量為40 mL/s，雖然貯器的容量?jī)H為480 mL，但是連同排尿管的有效容量可達(dá)700 mL[7]。UTS（如圖2 所示）由1 個(gè)尿套、1 個(gè)接收器、1 個(gè)帶歧管的閥門、1 個(gè)收集袋和1 個(gè)快速斷接頭組成。尿套類似于避孕套，用于連接人體與接收器/閥門。尿套連接的接收器是1 個(gè)短管，包含1 個(gè)低壓差速止回閥（262 N/m2）和1 個(gè)旁通閥。UTS 有2種使用模式：（1）UTS 收集袋在排空時(shí)連接到艙外排放系統(tǒng)，直接向飛船外排放尿液；（2）尿液收集在UTS 收集袋中，收集袋再連接到艙外排放系統(tǒng)，將尿液排到艙外。UTS 收集袋的容量為1 200 mL。出于衛(wèi)生原因，每位航天員都配置了專用的UTS[7]。UCTA（如圖3 所示）包括1 個(gè)尿套和1 個(gè)戴在腰部的收集囊。飛船上的抽吸設(shè)備將尿液通過一個(gè)安裝在服裝右褲腿上的專用外部斷接器抽走。UCTA 中的尿液可以在乘組人員穿著航天服時(shí)排出，也可以脫掉航天服后再將尿液輸送軟管連接到廢物管理面板后排出。UCTA 的最大流量為30 mL/s，最大存儲(chǔ)容積為950 mL[7-9]。除此之外，NASA 為了存儲(chǔ)尿液和收集樣本，也設(shè)計(jì)了一系列UCD，如圖4所示[10]。

圖1 尿液貯器組件（URA）[7]

圖2 尿液傳輸系統(tǒng)（UTS）[7]

圖3 尿液收集與轉(zhuǎn)移組件（UCTA）[7]

圖4 尿液收集裝置（UCD）[10]

20 世紀(jì)80 年代，美國太空總署的一位華人工程師唐鑫源為解決航天員排尿問題，利用高分子吸水樹脂材料（主要成分為聚丙烯酸鈉），發(fā)明了吸水量為1 400 mL 的紙尿褲，解決了航天員太空排尿的難題，為現(xiàn)代紙尿褲的結(jié)構(gòu)形態(tài)奠定了基礎(chǔ)[11]。后來，為了解決女性航天員穿著航天服排尿的問題，科學(xué)家們研制了一次性吸收短褲（disposable absorption containment trunk，DACT），如圖5 所示，由塑料底膜、木漿、高分子吸水樹脂、無紡布層和內(nèi)層組成。由于DACT 使用方便，舒適性、防漏性好，后來男性航天員也開始使用DACT。1983年，在美國挑戰(zhàn)者號(hào)的載人航天飛行中，航天員第一次使用這種DACT[12-14]。

圖5 一次性吸收短褲（DACT）[14]

1988 年，科學(xué)家對(duì)DACT 進(jìn)行了改進(jìn)，又發(fā)明了更加舒適的“最大化吸收服裝”（maximum absorbency garment，MAG），如圖6 所示。MAG 的尿液吸收量可達(dá)到2 L，可以滿足航天員一次性長時(shí)間使用的要求[15-17]。目前，NASA 航天員在發(fā)射、返回和艙外活動(dòng)時(shí)都穿著這種一次性的尿收集裝置。因此，即使在航天技術(shù)發(fā)達(dá)的今天，這種一次性便攜式的航天尿收集裝置仍是航天員必備的重要裝備。

圖6 最大化吸收服裝（MAG）[16]

在載人登月任務(wù)中，若是發(fā)生嚴(yán)重的座艙失壓情況，則航天員穿著航天服返回地球需要大約6 d[18]，而MAG 的使用時(shí)間不得超過12 h。因此，為了解決長期壓力應(yīng)急飛行過程中大小便收集的難題，2016年10 月，NASA 發(fā)起了一項(xiàng)“太空大便挑戰(zhàn)賽”[19]，該項(xiàng)挑戰(zhàn)賽要求參賽者設(shè)計(jì)一套穿著航天服長達(dá)6 d（144 h）的排泄物處理系統(tǒng)，最終評(píng)選出3 項(xiàng)獲獎(jiǎng)方案，其中獲得第1 名的是美國的一名空軍外科醫(yī)生Thacher Cardon 提供的會(huì)陰通道和廁所系統(tǒng)（MACES perineal access&toileting system，M-PATS），如圖7所示。Thacher Cardon 在航天服的襠部設(shè)計(jì)了一個(gè)小氣閘，通過氣閘口可以將充氣便盆和尿液收集裝置等物品送到指定位置再進(jìn)行展開；由電池供電的“通用抽吸裝置”可將廢物抽入便盆或尿液收集器，并最終進(jìn)入廢物收集袋中[20]。

圖7 會(huì)陰通道和廁所系統(tǒng)（M-PATS）[20]

2019 年，NASA 公布了由“Artemis”載人登月計(jì)劃研制的獵戶座艙內(nèi)航天服，并且設(shè)計(jì)了能滿足6 d失壓的應(yīng)急廢物管理（off-nominal waste management，ONWM）系統(tǒng)，其中應(yīng)急尿液排出裝置（contingency urine device，CUD）充分考慮了阿波羅計(jì)劃中尿液收集和傳輸裝置的諸多不足，如圖8 所示[21]。該裝置由快速斷接器、管路、尿液容器和艙壁上的排出接口組成，排尿的動(dòng)力依然來自于航天服與艙外的壓差。CUD與之前的尿液排出裝置的最大區(qū)別在于不直接與真空相連，而是在航天服與真空環(huán)境之間設(shè)置一個(gè)尿液容器，通過內(nèi)部的隔膜分成2 個(gè)區(qū)域來防止系統(tǒng)直接與真空相連，從而在使用者和真空環(huán)境之間產(chǎn)生一個(gè)可控的屏障[22-23]。

圖8 獵戶座艙內(nèi)航天服用應(yīng)急尿液排出裝置（CUD）[21]

2 國內(nèi)航天尿收集裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

我國最早是在20 世紀(jì)60 年代的“曙光”1 號(hào)艙內(nèi)航天服研制任務(wù)中開始進(jìn)行尿液收集與排出裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究。隨著1992 年載人航天工程的啟動(dòng)，我國開始了目前使用的艙內(nèi)航天服的研制[24]，航天尿收集裝置的研制也隨之提上日程。到2003年執(zhí)行神舟五號(hào)任務(wù)時(shí)，我國科技工作者們成功研制出了中國的航天尿收集裝置，如圖9 所示。航天英雄楊利偉穿著尿收集裝置圓滿完成了首次載人飛行任務(wù)。該航天尿收集裝置由航天醫(yī)學(xué)工程研究所（現(xiàn)中國航天員中心）聯(lián)合中國紡織大學(xué)（現(xiàn)東華大學(xué)）于1997 年開始進(jìn)行攻關(guān)研制[25]，在當(dāng)時(shí)國內(nèi)成人紙尿褲技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、成人紙尿褲生產(chǎn)線缺乏的情況下，經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，采用半自動(dòng)化半手工的方式制作完成了航天尿收集裝置，解決了大吸收量、低回滲和抗菌除臭的技術(shù)難題，助力中國首次載人航天飛行任務(wù)圓滿完成。到2005 年執(zhí)行神舟六號(hào)任務(wù)時(shí)，在廣東百順紙品有限公司（現(xiàn)廣東茵茵股份有限公司）的支持下，經(jīng)過反復(fù)試制和設(shè)備調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了航天尿收集裝置的全部機(jī)械化生產(chǎn)，大大提高了產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率[26]。在2012 年執(zhí)行神舟九號(hào)任務(wù)時(shí)，為了滿足女性航天員的參試要求，根據(jù)女性體型和生理特點(diǎn)，又成功研制出女性航天尿收集裝置，在航天尿收集裝置的腰圍、腿圍和吸收芯體分布位置等方面進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，滿足了女性航天員在太空中穿著航天服排尿的任務(wù)需求，如圖10 所示。近年來，在中國航天員中心和相關(guān)單位的聯(lián)合研制下，航天尿收集裝置產(chǎn)品更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多功能、系列化、輕量化，產(chǎn)品品質(zhì)持續(xù)提升，保障了神舟五號(hào)到神舟十三號(hào)歷次載人飛行任務(wù)的圓滿成功。

圖9 國內(nèi)航天尿收集裝置

圖10 國內(nèi)女性專用航天尿收集裝置

3 航天尿收集裝置的主要工作模式及要求

綜合國內(nèi)外航天尿收集裝置的發(fā)展情況，載人飛行任務(wù)中的航天尿收集裝置主要在穿著艙內(nèi)航天服和穿著艙外航天服時(shí)使用，其主要的工作模式及要求如下。

3.1 密閉狹小空間使用

航天尿收集裝置主要用于艙外航天服和艙內(nèi)航天服的密閉狹小環(huán)境中，并且外部有多層服裝束縛。在航天尿收集裝置外面還要穿著內(nèi)衣（出艙活動(dòng)時(shí)還要穿液冷服）和航天服，透氣性差，容易滋生細(xì)菌，因此對(duì)航天尿收集裝置原材料的衛(wèi)生學(xué)要求比較高。航天員生活在密閉環(huán)境中，需要控制逸出氣態(tài)污染物含量[27]，因此航天尿收集裝置使用的原材料還需要滿足控制逸出氣態(tài)污染物的要求。

3.2 長時(shí)間穿著使用

目前，航天員每次穿著航天尿收集裝置的時(shí)間在8 h 以上，在未來載人登月和有人火星探測(cè)等深空探測(cè)活動(dòng)中穿著時(shí)間會(huì)更長，這就要求航天尿收集裝置與人體接觸的材料對(duì)皮膚刺激性小，且具有抗菌、除臭的功能以及快速、高效地吸收尿液的能力，并具有較低的回滲量，從而保持皮膚的干爽。

3.3 失重和超重

航天尿收集裝置在太空飛行階段和出艙活動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)，在飛船上升段和返回時(shí)又處于超重狀態(tài)[28]，這就需要航天尿收集裝置有更強(qiáng)的吸收性能、更快的吸收速度和更低的回滲量。

3.4 質(zhì)量和體積約束

由于飛船空間和載荷有限，航天尿收集裝置在設(shè)計(jì)時(shí)要在保證性能的前提下盡量減小其質(zhì)量和體積，做到輕薄、舒適、適體。

3.5 垃圾長期存放

空間站建成后，航天尿收集裝置使用后形成的垃圾要在太空存放3 個(gè)月到半年以上，需要有可靠的垃圾封裝方式，保證長時(shí)間存放的垃圾不向飛船內(nèi)部環(huán)境散發(fā)異味。

4 航天尿收集裝置的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 高吸收和低回滲

航天尿收集裝置在吸收量、回滲量等方面的要求比普通成人紙尿褲高，而高吸收與低回滲是一對(duì)矛盾體，如何解決這個(gè)矛盾并保持兩者的平衡，是未來航天尿收集裝置需要著力解決的問題。目前，解決這個(gè)問題主要是從面層材料和吸收芯體2 個(gè)方面著手。一方面，對(duì)于面層材料，要求快速下滲保證表面干爽，同時(shí)也要阻止吸收芯體的水分在一定壓力下反滲。目前，面層材料主要采用紡粘、SMS 或熱風(fēng)粘合非織造布，在這些材料的基礎(chǔ)上研制特殊結(jié)構(gòu)的面層材料，滿足干爽和舒適的要求是非常重要的。另一方面，尿收集裝置的吸收芯體需要進(jìn)一步研究。吸收芯體是尿收集裝置的核心部分，吸收芯體目前經(jīng)歷了3 代，第1 代是20 世紀(jì)60 年代，使用非織造布與絨毛漿作為液體滲透層和吸收層；第2 代是20 世紀(jì)80年代，應(yīng)用高分子吸收樹脂作為吸收芯體的主要材料；第3 代是2012 年左右國產(chǎn)廠商推出的復(fù)合芯體，其主要由無塵紙、無紡布和高分子吸水樹脂組成，最大的優(yōu)點(diǎn)就是輕薄、不易斷層，吸水后整體膨脹，平整不起坨[29]。目前吸收芯體已發(fā)展到第4代，為了增強(qiáng)芯體吸收量，設(shè)計(jì)人員使用更精細(xì)化的分層技術(shù)，使芯體達(dá)到7 層，使高分子吸水樹脂含量達(dá)到70%以上，并保證芯體的輕薄、柔軟、透氣和低回滲[30]。但花王等品牌的紙尿褲目前還有很大一部分在用傳統(tǒng)的木漿加高分子樹脂芯體，用戶體驗(yàn)評(píng)價(jià)比國內(nèi)的這種復(fù)合芯體還要好。目前，國內(nèi)很多廠家都在開展復(fù)合芯體的生產(chǎn)，但真正把復(fù)合芯體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大，還需要深入研究復(fù)合芯體各層的材料特性和結(jié)構(gòu)組成方式。

我國航天尿收集裝置目前仍然采用傳統(tǒng)木漿加高分子樹脂的芯體結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)檫@種芯體結(jié)構(gòu)雖然較厚，但是吸液后透氣性較好[31]，反滲較低。未來，結(jié)合輕薄、舒適的發(fā)展趨勢(shì)，研究大吸收量、低回滲的復(fù)合芯體是航天尿收集裝置的一個(gè)重要研究方向。

4.2 舒適性

舒適性主要體現(xiàn)在人穿著尿收集裝置的過程中，形成了與外界環(huán)境隔絕的人體-尿收集裝置-環(huán)境微氣候[32]。這個(gè)內(nèi)部微氣候內(nèi)溫濕度的變化對(duì)人體的熱舒適度具有很大的影響，尤其對(duì)于航天員來說，穿著尿收集裝置的時(shí)間較長，多次排尿后微環(huán)境內(nèi)溫濕度發(fā)生很大變化，嚴(yán)重影響尿收集裝置微氣候內(nèi)熱舒適度；而且多次排尿后尿收集裝置的吸液能力下降，回滲量有所增加，殘留在尿收集裝置面層的尿液會(huì)刺激人體的皮膚，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成尿布疹[33-34]。舒適性還體現(xiàn)在尿收集裝置的腿圍和防側(cè)漏隔邊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及底膜的設(shè)計(jì)中。腿圍和防側(cè)漏隔邊需要較好地貼合人體，并具有一定的束緊功能，然而尿收集裝置在束緊的同時(shí)會(huì)加大對(duì)人體的壓力，可能導(dǎo)致血液受阻，壓力不適也會(huì)加劇接觸刺激性[35]；尿收集裝置的底膜用于防止尿液滲出，可起到隔離的作用[36]，同時(shí)需要具有良好的透濕防水和一定的抗撕裂性能，且能夠及時(shí)排出微氣候內(nèi)的濕氣。

航天尿收集裝置的適體性與舒適性也密切相關(guān)，且航天尿收集裝置在這方面要求更高。航天員穿著尿收集裝置后還要穿著內(nèi)衣、液冷服、梯度加壓褲和航天服等，外面的服裝對(duì)尿收集裝置的壓力和束縛比正常人穿著紙尿褲要大很多，因此穿著適體性也是航天尿收集裝置需要考慮的方面。有學(xué)者從水分管理能力、接觸舒適性、熱濕舒適性、適體舒適性4 個(gè)方面的相互關(guān)系闡述了紙尿褲整體服用性能測(cè)評(píng)的研究進(jìn)展，并且提出了紙尿褲多層結(jié)構(gòu)間熱濕傳遞機(jī)制的研究、專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和測(cè)量?jī)x器的搭建、紙尿褲舒適性評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建等方面的研究建議[37]，這對(duì)航天尿收集裝置服用舒適性方面的深入研究有很好的指導(dǎo)作用。目前，市場(chǎng)上銷售的成人拉拉褲比現(xiàn)在的航天尿收集裝置輕薄、舒適，但吸收量低，無法滿足航天任務(wù)高吸收量的要求。因此，需要在現(xiàn)有成人拉拉褲的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，提高吸收性能，滿足航天尿收集裝置高吸收性能和舒適性的要求。

4.3 抗菌與除臭

相比普通成人紙尿褲，航天尿收集裝置的抗菌除臭功能顯得尤為重要。一方面，航天員穿著尿收集裝置的時(shí)間較長，外部服裝的束縛較多，而且在飛船座椅內(nèi)的姿勢(shì)比較固定，因此形成尿布疹的概率較大；另一方面，載人飛行器內(nèi)部空間較小，航天員尿液中揮發(fā)的氨氣等異味會(huì)污染艙內(nèi)環(huán)境，對(duì)航天員的身體健康不利。因此，航天尿收集裝置的抗菌除臭功能是必須要考慮的。目前，航天尿收集裝置的面層進(jìn)行了抗菌處理，同時(shí)在尿收集裝置內(nèi)部添加了碳布以吸附異味，起到了很好的抗菌除臭效果。尿收集裝置內(nèi)部不止面層可以進(jìn)行抗菌處理，導(dǎo)流層、絨毛漿和高吸水樹脂（super absorbent polymer，SAP）等都可以進(jìn)行抗菌處理，已經(jīng)有不少學(xué)者和廠家在這方面進(jìn)行了研發(fā)[38-42]。另外，可以借鑒中醫(yī)藥理論，深入挖掘中醫(yī)藥寶庫的精華，把綠色、天然的抑菌材料應(yīng)用到尿收集裝置中，降低尿布疹的發(fā)生概率。在除臭方面，目前使用的碳布吸附量偏小，使用活性炭顆粒會(huì)提高異味的吸附效果，但需要做好包覆，防止活性炭顆粒逸出。

4.4 安全性

隨著生活水平的提高，人們對(duì)紙尿褲的品質(zhì)要求也越來越高，對(duì)產(chǎn)品的安全性也越來越關(guān)注，安全性已成為紙尿褲設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素[43]。航天尿收集裝置對(duì)安全性更是高度關(guān)注，對(duì)原材料的使用控制比普通紙尿褲更嚴(yán)格?？紤]到太空飛行中航天員的身體健康因素以及航天器密閉環(huán)境對(duì)氣體成分和含量的控制要求，原材料中不能含有重金屬等有毒有害物質(zhì)和有害揮發(fā)性物質(zhì)。

我國現(xiàn)行GB/T 28004—2011《紙尿褲（片、墊）》對(duì)甲醛含量、可遷移性熒光物質(zhì)、重金屬含量和可分解致癌芳香胺染料等安全性指標(biāo)都沒有具體要求。2017 年10 月，由中衛(wèi)安（北京）認(rèn)證中心牽頭起草的T/NAHIEM 001—2017《醫(yī)護(hù)級(jí)嬰幼兒紙尿褲（片）》和T/NAHIEM 002—2017《醫(yī)護(hù)級(jí)成人紙尿褲（片、墊）》順利通過了國家審查并正式出臺(tái)，2018 年6 月國家發(fā)布了GB/T 36420—2018《生活用紙和紙制品化學(xué)品及原料安全評(píng)價(jià)管理體系》，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料中重金屬含量、甲醛含量、可遷移性熒光物質(zhì)、增塑劑、微生物和包裝等都提出了具體要求。2021年發(fā)布的GB/T 28004.1—2021《紙尿褲 第1 部分：嬰兒紙尿褲》增加了甲醛含量、可遷移性熒光物質(zhì)、重金屬含量和可分解致癌芳香胺染料等安全性指標(biāo)要求，GB/T 28004.2—2021《紙尿褲 第2 部分：成人紙尿褲》也增加了甲醛含量、可遷移性熒光物質(zhì)等安全性指標(biāo)，可以看出人們?cè)絹碓街匾暭埬蜓澰牧系陌踩浴?/p>

航天尿收集裝置不僅要滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的要求，還必須滿足航天相關(guān)衛(wèi)生學(xué)要求，如密閉環(huán)境下非金屬材料需滿足逸出氣態(tài)污染物要求。2018 年出臺(tái)的Q/TKKJ 01—2018《航天級(jí)紙尿褲》標(biāo)準(zhǔn)，就對(duì)逸出氣態(tài)污染物提出了具體要求。尿收集裝置使用的抗菌劑也應(yīng)為非溶出性或微溶出性，以減少抗菌劑對(duì)皮膚微生物環(huán)境的影響?？臻g站對(duì)微生物控制的要求更嚴(yán)格，因?yàn)榭臻g站內(nèi)的工作、生活物資種類繁多，而且長期有人居住，微生物直接威脅到航天員的健康和空間站的運(yùn)行安全[44]，所以必須嚴(yán)格控制。因此，航天尿收集裝置必須從原材料源頭嚴(yán)格把關(guān)，選用天然、綠色、無毒無害和環(huán)保的原材料，采用有效的微生物控制措施，減少對(duì)人體的損害和對(duì)環(huán)境的污染。

4.5 輕量化

輕量化對(duì)于航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)尤為重要，飛船空間和火箭發(fā)射載荷均有限，減輕質(zhì)量對(duì)于航天發(fā)射具有重要意義。因此，航天尿收集裝置也要在原材料、結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化，用盡可能少的資源實(shí)現(xiàn)尿液收集的功能。

4.6 可靠垃圾封裝技術(shù)

隨著我國空間站的建成，未來單次任務(wù)飛行時(shí)間越來越長，可達(dá)6 個(gè)月甚至1 a 以上，航天尿收集裝置使用后的垃圾處理方式也需要著重關(guān)注。載人飛行器內(nèi)的空氣流通不如地面通暢，航天員吃、穿、用、大小便等產(chǎn)生的垃圾如果封裝處理做不好，長時(shí)間存放就會(huì)產(chǎn)生大量異味且會(huì)滋生細(xì)菌，嚴(yán)重影響航天員的生活環(huán)境和身體健康，這就需要從包裝材料、封裝方式、處理方法等方面進(jìn)行研究，并評(píng)估效果，以制訂出封裝可靠、簡(jiǎn)便、可長時(shí)間存放且無異味、占用資源小的垃圾封裝方案。

4.7 超長時(shí)間重復(fù)使用技術(shù)

在未來載人登月和深空探測(cè)等復(fù)雜的航天任務(wù)中，可能會(huì)遇到穿著航天服幾天內(nèi)不能脫掉的情況，目前的航天尿收集裝置不能解決長時(shí)間穿著時(shí)大、小便的問題，需要在航天尿收集裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加收集容量，設(shè)置大小便隔離區(qū)，針對(duì)大小便干濕屬性的不同進(jìn)行收集，并具備處理廢棄物所產(chǎn)生的異味的能力，滿足未來不同任務(wù)的需求。

5 結(jié)語

航天尿收集裝置是航天員穿著航天服時(shí)必不可少的個(gè)人裝備，對(duì)保障航天員安全、高效地開展工作具有重要作用。當(dāng)前的航天尿收集裝置基本能夠滿足8 h 左右的使用要求，但在舒適性、輕量化、使用后存放等方面還存在不足。載人航天事業(yè)的深度發(fā)展對(duì)航天尿收集裝置提出了更高的要求：（1）需要通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化吸收芯體材料提高吸收性能，同時(shí)保證多次重復(fù)使用后仍保持較低的回滲量；（2）需要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料提高舒適性，同時(shí)開展舒適性評(píng)價(jià)設(shè)備的研發(fā)，建立航天尿收集裝置系統(tǒng)的舒適性評(píng)價(jià)方法；（3）需要在安全、天然、高效的抗菌與除臭技術(shù)方面開展深入研究；（4）航天尿收集裝置使用后的長期存放方式需要進(jìn)一步提升，處理方式應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠，并開展深入的試驗(yàn)驗(yàn)證；（5）6 d 以上超長時(shí)間穿著航天尿收集裝置非常具有挑戰(zhàn)性，當(dāng)前的尿收集裝置無法滿足要求，可靠性、人體舒適性和耐受性需要重點(diǎn)考慮，需要與航天服的結(jié)構(gòu)有很好的匹配性。未來，在任務(wù)需求推動(dòng)下，大量新材料、新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)一定會(huì)推動(dòng)航天尿收集裝置的提升與發(fā)展。